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4º ESO Física y Química
Tema 9. Fuerzas en fluidos. Presión
Cristina Fernández Sánchez www.nikateleco.es - [email protected]
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Tema 9. Fuerzas en fluidos. Presión
1. Presión Actividad 1
1.1 Unidades en que se mide la presión Actividad 2
2. Fluidos Actividad 3
3. Presión hidrostática. Ley fundamental de la hidrostática
4. Transmisión de la presión: principio de Pascal
4.1 Principio de vasos comunicantes 4.2 Principio de Pascal 4.3 Prensa hidráulica 4.4 Medición de la densidad de un líquido 5. Fuerza de empuje: Principio de Arquímedes
4º ESO Física y Química
Tema 9. Fuerzas en fluidos. Presión
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Tema 9. Fuerzas en fluidos. Presión
1. Presión Pág. 258 del libro
En el lenguaje común es frecuente hablar de la presión atmosférica, de la presión de los neumáticos de un coche o de la presión en el fondo del
mar. Pero, ¿qué es realmente la presión?
Actividad 1
Razona:
Cuando quieres clavar una chincheta en un corcho, ¿por qué lado de la chincheta lo haces? ¿Qué pasará si lo intentas por el otro lado?
Una persona se hunde menos en la nieve si calza botas provistas de esquíes o de raquetas que si no lo están. Aunque en ambos casos pesa lo
mismo, ¿cuál crees que es el motivo?
La presión que ejerce una fuerza de contacto que actúa perpendicularmente sobre una superficie se define como
la fuerza ejercida por unidad de dicha superficie.
𝑷 =𝑭
𝑺
1.1 Unidades en que se mide la presión
Si la fuerza se mide en newtons (𝑁) y la superficie en metro cuadrado (𝑚2) la presión se mide en pascales (𝑃𝑎). Otras relaciones son:
𝟏𝟎𝟏𝟑𝟎𝟎𝑷𝒂 = 𝟏𝒂𝒕𝒎 = 𝟏𝒃𝒂𝒓 = 𝟕𝟔𝟎𝒎𝒎 𝑯𝒈 = 𝟕𝟔𝟎𝒕𝒐𝒓𝒓
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Tema 9. Fuerzas en fluidos. Presión
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Actividad 2
Completa la siguiente frase: La presión es directamente proporcional a la _____________ e inversamente proporcional a la ______________.
2. Fluidos Pág. 260 del libro
Estados de agregación de la materia:
Sólidos Fluidos
Tienen forma propia: no adquieren
la forma del recipiente que los
contiene
Son sustancias cuyas partículas se pueden deslizar unas sobre otras al estar ligadas por
fuerzas relativamente débiles. Poseen la capacidad de adaptarse al recipiente que los
contiene y carecen de forma propia.
Son incompresibles, es decir, no disminuyen
apenas su volumen cuando son sometidos a
altas presiones.
Líquidos Gases
No se comprimen fácilmente. En
efecto, al aplicarles una presión, su
volumen no disminuye de modo
apreciable.
Los gases se comprimen con
facilidad. Al aplicarles una presión,
se reduce fácilmente su volumen.
Propiedades:
Falta de fluidez
Incompresibilidad
A consecuencia de ellas, tienen forma y
volumen constantes.
Propiedades:
Fluidez
Incompresibilidad
A consecuencia de ellas, su forma es variable
y su volumen constante.
Propiedades:
Fluidez
Compresibilidad
A consecuencia de ellas, tienen forma y
volumen variables.
La hidrostática es la parte de la física que estudia el equilibrio de los líquidos.
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Tema 9. Fuerzas en fluidos. Presión
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Actividad 3
Recuerda que a mayor atracción entre las partículas, estas tienen menor movilidad. Ordena los estados de agregación de la materia de mayor
a menor intensidad de las fuerzas existentes entre las partículas.
3. Presión hidrostática. Ley fundamental de la hidrostática Pág. 261 del libro
Si la densidad de un fluido viene dada por:
𝑑 =𝑚
𝑉
Y recordando que la fuerza que ejerce un fluido sobre la superficie que lo contiene es el peso:
𝐹 = 𝑝 = 𝑚 · 𝑔 = 𝑑 · 𝑉 · 𝑔 = 𝑑 · 𝑆 · ℎ · 𝑔 → 𝑭 = 𝒅 · 𝑺 · 𝒉 · 𝒈
Definimos presión en un fluido o presión hidrostática en un punto de un líquido como:
𝑃 =𝐹
𝑆=
𝑝
𝑆=
𝑑 · 𝑆 · ℎ · 𝑔
𝑆= 𝑑 · ℎ · 𝑔 → 𝑷 = 𝒅 · 𝒉 · 𝒈
Esta expresión también se conoce como ley fundamental de la hidrostática. Nos permite calcular la presión que hay a una determinada
profundidad en un líquido.
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Tema 9. Fuerzas en fluidos. Presión
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4. Transmisión de la presión: principio de Pascal
4.1 Principio de vasos comunicantes Pág. 262 del libro
Dos o más recipientes que contengan un mismo líquido y que estén conectados tienen necesariamente la
superficie libre a la misma altura.
4.2 Principio de Pascal
Pág. 267 del libro
La presión aplicada en un punto del líquido se transmite con la misma intensidad en todas las direcciones en el
interior del líquido.
La transmisión de la presión es consecuencia de la incompresibilidad de los líquidos.
4.3 Prensa hidráulica
Pág. 267 del libro
Para un mismo líquido situado en un recipiente con dos émbolos:
𝑷𝟏 = 𝑷𝟐 → 𝑭𝟏
𝑺𝟏
=𝑭𝟐
𝑺𝟐
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4.4 Medición de la densidad de un líquido
Pág. 263 del libro
Usando un tubo en forma de U podemos calcular la densidad de un líquido conociendo la densidad de otro. Ambos líquidos
deben ser inmiscibles (que no se mezclen) para que quede uno encima de otro. En la imagen:
los puntos E y F, aunque están a la misma altura, no están a la misma presión, porque pertenecen a líquidos
de distinta densidad.
Los puntos A y B sí están a la misma presión, puesto que pertenecen al mismo líquido.
El caso límite está en los puntos C y D, que también están a la misma presión; podemos utilizar estos puntos
para determinar la densidad del líquido desconocido, supongamos 𝑑𝐹′ , usando el Principio de Pascal y la Ley
fundamental de la Hidrostática:
𝑷𝑪 = 𝑷𝑫 → 𝒅𝑭 · 𝒉 · 𝒈 = 𝒅𝑭′ · 𝒉′ · 𝒈 → 𝒅𝑭 · 𝒉 = 𝒅𝑭
′ · 𝒉′ → 𝒅𝑭′ =
𝒅𝑭 · 𝒉′
𝒉
5. Fuerza de empuje: Principio de Arquímedes Pág. 264 del libro
Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza vertical hacia arriba, denominada empuje, 𝐸,
igual al peso del fluido desalojado por el cuerpo.
𝐸 = 𝑝𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜_𝑑𝑒𝑠𝑎𝑙𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜 = 𝑚𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜_𝑑𝑒𝑠𝑎𝑙𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜 · 𝑔 → 𝑬 = 𝒅𝒇𝒍𝒖𝒊𝒅𝒐_𝒅𝒆𝒔𝒂𝒍𝒐𝒋𝒂𝒅𝒐 · 𝑽𝒄𝒖𝒆𝒓𝒑𝒐 · 𝒈
Finalmente: 𝑷𝒆𝒔𝒐 𝒂𝒑𝒂𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆 (𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒖𝒆𝒓𝒑𝒐 𝒔𝒖𝒎𝒆𝒓𝒈𝒊𝒅𝒐) = 𝑷𝒆𝒔𝒐 𝒓𝒆𝒂𝒍 (𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒖𝒆𝒓𝒑𝒐 𝒇𝒖𝒆𝒓𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒇𝒍𝒖𝒊𝒅𝒐) − 𝑬𝒎𝒑𝒖𝒋𝒆